Überstromsicherung
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Einleitung
Beim Entwickeln und Testen von
Transvertern
entstand in meinem Bastelkeller ein Sicherheitsproblem. Ich
benötigte
eine Stromquelle, die bei 10V problemlos 20A liefern konnte. Dafür
kam eigentlich nur eine Autobatterie in Frage. Da gelegentlich
Kurzschlüsse,
durchschlagende MOSFETS oder Ansteuerfehler der MOSFETS auftreten
können,
benötigte ich eine Sicherung, die im Kurzschlussfall die
Batterie
vom Testaufbau trennt.
Schmelzsicherungen sind zu träge.
Sie vertragen minutenlang das Doppelte ihres Nennstromes, und reagieren
auch bei einem Kurzschluss träge. Sie können einen Brand
verhindern, aber sie können nicht das Leben wertvoller Bauteile
retten.
Eine elektronische Sicherung
musste
her, und ich entschloss mich für den Einsatz eines intelligenten
Leistungstransistors.
normale
Überstromsicherung
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Normale
Überstromsicherungen arbeiten
meist nach dem links zu sehenden Schema. Der OPV vergleicht den
Spannungsabfall
über dem Messwiderstand mit einer Refernzspannung. Ist der
Spannungsabfall
größer, dann wird der Stromfluss mit einem Relais oder
einem P-Kanal-MOSFET unterbrochen.
Dabei treten einige Probleme
auf.
Die OPV-Eingangsspannungen sind sehr
nahe
an der positiven Betriebsspannung des OPV. Nicht alle OPV-Typen
garantieren diesen Betrieb.
Öffnet das Relais oder der
MOSFET
den Stromfluss, dann tritt über dem Messwiderstand keine
Spannung mehr auf, und der OPV will den Strom sofort wieder
einschalten.
Eine Speicherung der Sicherungsauslösung ist also nötig. In
dieser
Schaltung ist das dadurch realisiert, dass das Relais seine eigene
positive
Betriebsspannung abschaltet.
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Überstromsicherung
mit intelligentem MOSFET (PROFET)
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Speziell für die
KFZ-Technik wurden
besonders robuste P-Kanal-MOSFETs
entwickelt. Diese High-Side-Switches
sollen die KFZ-Relais ersetzen, die im Auto die Spannung zu den
Verbrauchern
zuschalten.
Um ein Überleben in der
harten KFZ-Umgebung
zu sichern, erhielten diese Transistoren eine Reihe von
Schutzschaltungen,
wie z.B.
- Unterspannungsabschaltung
- Überspannungsabschaltung
- Kurzschlussschutz
- Strombegrenzung
- Übertemperaturabschaltung
Die Schutzschaltungen sind
inzwischen so ausgefeilt,
das man sie auch dafür einsetzen kann, den Verbraucher zu
schützen,
z.B. eine Bastelschaltung, die aus einem Autoakku betrieben wird. |
| Geeignete Transistoren stellt
Infineon
unter dem Label PROFET her. Erhältlich sind sie bei Reichelt.
Gelegentlich findet man auch
einige Typen
(deutlich billiger) bei Pollin.
wie z.B. den SMD-BTS442E2 (18 mOhm, 21 A für 2€) rechts im Bild.
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Der von mir verwendete BTS640S2
(Infineon)
im TO-220-Gehäuse schaltet einen Strom von 12,6 A mit einem
Innenwiderstand
von 30 Milliohm durch. Da dabei fast 5 W Verluste auftreten,
benötigt
er einen Kühlkörper, der aber nich unnötig groß
sein
sollte, denn im Fehlerfall (Überstrom oder Kurzschluss) ist
schnelles
Erhitzen erwünscht.
- Bei einem Überstrom
begrenzt der
BTS640S2 den Strom zunächst auf 24 A. Da er nun schnell
überhitzt,
spricht daraufhin seine Übertemperaturabschaltung an.
- Bei einem Kurzschluss
setzt nach
Erreichen eines Kurzschlussstromes vom 50 A eine Strombegrenzung
auf
6 A (getaktet als Kurzschlusssensor) ein. Überhitzt nun der
Transistor,
schaltet er ab.
- Bei Eingangsspannungen von
deutlich
unter 5 V oder über 47 V schaltet der Transistor den Ausgang ab.
Diese Schaltung verwende ich zwischen
Autobatterie
und Testschaltung. Ein einfacher Umschalter kann nun den Ausgang ein-
bzw.
ausschalten.
Im Kabel zwischen
Autoakku und PROFET ist zusätzlich eine Schmelzsicherung
einzubauen.
Der Nachteil dieser Schaltung ist ihre
Unflexibilität bezüglich der Maximalstromstärke. Der
Begrenzungsstrom
ist durch den FET vorgegeben und nicht variabel.
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Autor: sprut
erstellt: 09.07.2003
letzte Änderung: 05.01.2009